组合式机床电气控制设计

【摘 要】本文阐述了组合式机床相关知识和PLC的相关概念,论证了组合式机床电气设计的基本理论和过程,并结合PLC编程程序来进行设计.

【关键字】组合式机床；电气设计；PLC编程

1.组合式机床的相关知识

1.1组合式机床的概念

组合式机床是集机电于一体的、自动化程度较高的成套技术装备,它是由一些通用部件及少量的专用部件组成的自动化或者半自动化的专用机床.它的特征是高效率、高质量、低成本、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、轻工业等行业.

1.2组合式机床的加工方式

组合式机床加工方式一般为多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工,它的生产效率是通用机床的几倍甚至几十倍.组合式机床一般用来加工箱体类或形状特殊的零件,基本上加工物固定不动,由刀具的各方位的旋转以及刀具与工件的相对运动来实现钻孔、扩孔、铰孔、铣削平面、切削内外螺纹等工序.

随着技术日臻成熟,出现了一种新型的组合式机床,它利用原有的继电接触式控制电路加上PLC控制系统,来完成多位主轴箱、可换主轴箱等的自动更换,达到任意改变工作循环控制和驱动系统的目的.

2.可编程控制器及应用

2.1可编程控制器（PLC）概述

PLC是一种专门在工业环境下产生的数字运算操作的电子装置.它采用可以编制程序的存储器,在其内部进行存储和执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字信号或模拟信号来进行输入和输出,从而控制各种类型的机械或生产过程.PLC还有一些相关的设备与其配合,形成一个整体,这样易于功能性的扩展.

2.2有关组合式机床的电气控制设计的实现方式

组合式机床的电气控制,理论上讲,可以采用继电接触式电气控制系统、单片机控制系统和PLC控制系统来实现.但PLC控制系统是实际工程中比较经济、有效、性能优越的控制方案.下面做以简单的比较：

（1）控制逻辑继电接触式控制系统采用线路的串联、并联以及串并联的硬接线逻辑,它的连线复杂、体积大、功耗大,不易改革,所以在灵活性和扩展性存在缺陷；而PLC采用逻辑存储,它只有输入端和输出端的设备需要线路连线,逻辑控制是由程序来完成并存储在PLC的内存当中,改变程序就可以改变逻辑控制,所以PLC的灵活性和扩展性更强.

（2）控制速度继电器接触式控制系统的是根据触点的动作来实现的,工作频率低,继电器越多,反应的速度越慢,还容易出现触点抖动和拉弧问题；而PLC是由指令控制电路来实现,速度快,并且PLC内部有严格的同步,不会出现抖动和拉弧问题.

（3）定时控制和计数控制继电接触式控制系统利用时间继电器的延时来进行定时控制,它本身精度不高,受环境影响大,还有一些结构复杂的时间继电器,使维护难度加大；而PLC使用集成电路作为定时器,时基脉冲由晶体震荡器产生,精度相当高并且定时时间长、范围广.

（4）可靠性和维护性继电接触式控制系统机械触点多,连线也多,触点容易受损,造成可靠性和维护性差.PLC采用微电子技术,配有自检和监控功能,不但可靠性得到保证,还可以诊断出自身的故障并随时显示,以及能动态的监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便.

3.结合PLC系统的电气控制的设计

3.1设计原则

利用继电接触式和PLC控制系统相结合的方法,会对设计产生事半功倍的效果.PLC的硬、软件再配以继电接触式的控制系统,不但能完善机床电气设备控制系统的设计,更能对控制线路进行准确地分析和精准地维护.

设计的继电接触式控制系统和PLC控制系统,应同时遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控制对象的控制要求,包括功能要求、性能要求；（2）在满足控制要求的前提下,力求控制系统简单、经济、节约能源；（3）力求控制系统安全、可靠、使用与维修方便.

3.2电气控制设计的流程

根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求,确定控制方案；绘制组合机床的电气原理图、控制系统的PLCI/O接线图和梯形图,写出指令程序清单；选择电器元件,列出电器元件明细表.

4.组合式加工机床设计举例

我们以一个组合式加工机床中的电气柜为例,简要介绍一下：

此电气柜主要的电子设备主要有：LG变频器（两个）,欧姆龙某款可编程逻辑控制器（PLC）一个.变频器：其中一个为容量18.5kw的变频器进行主轴的控制,一个容量为5.5kW的变频器来控制主轴箱的走刀电机和快速电机以及立柱行走电机的控制.

4.1变频器参数调整

LG变频器根据需要设置分为“功能组1、功能组2、驱动组、输入/输出组（I/O组）、选项组、外部组、应用组”,将这七组参数设置成出厂时的默认数据,并且提供相关功能,方便需求不同而进行调整.

4.2变频器基本参数的设置

LG变频器是组合式数控加工机床电气控制系统的核心部件,它决定着组合式数控加工机床的工作性能,在设置变频器的基本参数时,应该首先对参考变频器的型号来对电机功率进行设置和选择.

4.3特定功能的应用

组合式加工机床中立柱的传动轴和主轴箱的传动轴是不同的,在工作中,为了实现电机对不同的传动轴的选择,来满足工作需要,所以要通过对第二电机进行参数设置,来进行控制.

第二参数功能具体的配置和使用方法如下：首先任意选择一个多功能端口,设置对应的I/O参数,并保持端口在激活状态,然后启用第二电机功能操作.在对参数进行设置时,具体包括：“第二电机加速时间、减速时间、转折频率、电压、频率方式、第二电机正转矩补偿、第二电机反转矩补偿、电子热保护等级（一分钟）、电子热保护等级（连续）、第二电机额定电机电流”.

4.4其他设置

在操作站与组合式加工机床的电器柜之间的传输方式设置为总线式,并且使用插头连接手控操作站、床身分线盒和控制柜,这样可以减少大量的控制电缆数量,方便工作人员进行维修和移动.电器柜的柜门上设置了电源ON/OFF按钮,用于电源的开关控制,还有两个电机转速显示表,方便工作人员对主回路电源进行控制.在电器柜的内部,通过设置空气开关、变压器、继电器以及接触器等大量电气设备进行多级保护.

5.总结

可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要.从控制规模上来说,这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说,诞生了各种各样的特殊功能单元,用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说,生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制设备的配套更加容易.PLC系统之所以在组合式机床电气控制设计中得到广泛应用,在于它的灵活性和扩展性强、控制速度快、精度高、具有较高可维护性.生产中,有了PLC系统,就可以高效率、高质量地完成生产任务.